了解 ETH 黄皮书

ETH黄皮书，是在白皮书之后推出的，旨在为开发人员和研究人员提供以太坊协议的形式化定义，奠定了以太坊虚拟机（EVM）及其运行机制的技术基础，被认为是“以太坊的技术宪法”

核心内容概览

以太坊状态转换系统

黄皮书以一种数学建模的方式定义了以太坊的状态转换:

σ (state) + T (transaction) → σ' (new state)

这意味着每一个交易都会改变区块链上的状态，从 σ 转换为 σ'：

• σ（State）：整个以太坊系统的当前状态，包含所有账户、存储、余额等。
• T（Transaction）：用户发起的交易（普通转账或智能合约调用）。
• σ'（New State）：交易执行后新的状态

以太坊希望成为一个通用的状态机，而不是像比特币那样仅用于记录币的转移

账户模型

账户分为：

• *外部账户（EOA）：由私钥控制，可发起交易
• 合约账户（Contract Account）：由 EVM 代码控制，不能主动发起交易

账户模型，每个账户有如下字段：

相对于UTXO，账户模型：

• 账户模型更适合智能合约的调用链式设计
• 状态管理更清晰，账户直接映射状态

Gas 模型

以太坊采用一种计费机制来衡量每一步计算资源的消耗，防止无限循环攻击。

💡 结构：

每笔交易都要指定：

• gasLimit：最多能使用多少 gas
• gasPrice：每单位 gas 愿意支付的费用

执行失败也会消耗 gas！

🧠 为什么引入 gas？

• 防止 DDoS
• 让计算资源稀缺化、可预测化
• 推动 EVM 代码优化

交易机制

黄皮书定义了交易结构、签名、验证方式以及 Gas 费用的计算方法。交易主要包括：

• 调用普通转账
• 合约部署
• 合约调用

并解释了Gas 是如何防止计算资源滥用的机制

EVM：以太坊虚拟机

EVM 是一个图灵完备的栈式虚拟机，是以太坊智能合约的执行环境，黄皮书对其行为进行了详细定义，包括：

• 字节码操作码（Opcode）及其语义
• 存储模型（Memory、Storage、Stack）
• Gas 计算规则（每条操作指令的消耗）
• 异常处理机制（例如堆栈溢出、无效指令等）

⚙️ EVM 工作方式：

🔍 示例 Opcode：

PUSH1 0x60
PUSH1 0x40
MSTORE

黄皮书对每条 Opcode 的作用和 gas 消耗都进行了定义。例如：

状态存储结构（Trie）

以太坊状态、合约存储和交易收据都存储为Merkle Patricia Trie，结合了：

• Merkle Tree（可验证性）
• Patricia Tree（键前缀压缩）

三棵树：

所有根哈希会被写入区块头，确保区块是状态确定的，便于轻节点验证。

区块结构和共识

以太坊早期共识为PoW，每个区块包含：

• parentHash：父区块哈希
• stateRoot：全局状态根
• transactionsRoot
• receiptsRoot
• gasUsed、gasLimit、timestamp
• uncles：被挖出的非最长链但合法的区块

黄皮书对这些字段的数据结构、用途都做了精确定义

✨黄皮书的价值